Une molécule rare détectée sur un objet céleste particulier: entretien avec Jonathan Gagné

C’est la première fois qu’une molécule de silane est détectée dans l’atmosphère d’un astre. C’est une molécule relativement simple, formée d'un atome de silicium et de quatre atomes d'hydrogène. Il n’y en a que très peu naturellement sur Terre. Elle est fabriquée en laboratoire et par l’industrie, par exemple pour des revêtements en électronique et les panneaux solaires. 

Ailleurs dans l’Univers, nos modèles prédisaient que le silane devait se trouver dans l’atmosphère des planètes géantes de notre système solaire et au-delà, de même que dans celle des naines brunes. Toutefois, cet élément ne parvenait pas à être décelé et tout le monde se demandait pourquoi. 

Cette détection a finalement permis de répondre à la question! Nous avons réalisé que, dans des mondes dont l'atmosphère est riche en atomes plus lourds que l'hydrogène – ce que les astronomes nomment des «métaux» –, le silane n’est pas mis au jour, car tous les atomes de silicium ont été utilisés dans la formation de nuages de silicates. Ces nuages sont trop profonds dans l'atmosphère des géantes gazeuses et naines brunes pour qu’ils puissent être observés, même sur Jupiter, qui a été étudiée de près avec des sondes comme Juno. 

La naine brune WISEA J153429.75-104303.3 – ou WISE 1534−1043 pour faire court –, surnommée aussi l'«Accident», a une composition chimique vraiment unique, car elle est très vieille, ayant de 10 à 13 milliards d'années. Au fil des éons, des éléments comme le carbone, l’azote et l’oxygène se sont formés dans le cœur des étoiles, de sorte que les planètes et les étoiles créées plus récemment possèdent une proportion plus importante de ces éléments. En observant l'«Accident», nous avons enfin pu voir la fameuse molécule de silane parce que l’atome de silicium est disponible: son atmosphère n'a pas l'oxygène requis pour piéger cet atome dans des nuages de silicates.

Cette naine brune a été découverte par Dan Caselden, un participant au projet de science citoyenne Backyard Worlds. En examinant, pour une tout autre raison, une image d'une portion du ciel prise par le télescope spatial NEOWISE, il a remarqué un objet aux couleurs inhabituelles qui se déplaçait rapidement. Comme c’était une découverte totalement fortuite, l’équipe lui a donné le surnom d'«Accident». 

Depuis, on a constaté que c’est l’une des naines brunes les plus étranges jamais observées, avec une chimie complètement différente des autres.

Après la découverte initiale en 2020, l'équipe scientifique de Backyard Worlds a tenté de comprendre cet objet étonnant en l'observant notamment avec les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer. Plus récemment, ma collègue Jackie Faherty, du Musée américain d'histoire naturelle, a obtenu du temps pour l'étudier avec le télescope spatial James-Webb, ce qui nous a enfin permis de sonder son atmosphère.

J’ai notamment utilisé les observations de James-Webb pour calculer le mouvement de la naine brune dans la Galaxie. Cela nous a aidés à déterminer que cet objet est sans doute extrêmement vieux. Il s'est formé à une époque où l’Univers contenait beaucoup moins d’éléments lourds qu’aujourd’hui.

Elle montre que la formation des nuages dans les atmosphères peut transformer radicalement la chimie qui est observée. Cela explique pourquoi certaines molécules prévues par nos modèles manquent à l’appel dans les planètes du système solaire. 

Il nous reste encore beaucoup à apprendre: d’autres observations avec James-Webb sont en cours et elles pourraient révéler s’il y a d’autres types de nuages ténus dans cette atmosphère… ou pas du tout! Chaque découverte de ce genre nous rapproche d’une compréhension globale des planètes et des mondes lointains.

Étudier ces objets nous aide à mieux comprendre nos propres planètes géantes, comme Jupiter et Saturne, de même que les exoplanètes géantes gazeuses en général. Les naines brunes ne sont pas exactement des planètes, mais elles y ressemblent beaucoup! Et c'est beaucoup plus facile d'étudier leur atmosphère parce qu'il n'y a pas d'étoiles brillantes à côté qui aveuglent nos instruments. On connaît maintenant environ 3000 naines brunes, qui ont des atmosphères gazeuses très complexes, des nuages qui varient. Ces objets aux propriétés diversifiées nous permettent de tester nos modèles physiques dans toutes sortes de conditions. 

Note: Cette entrevue, inspirée d’un entretien écrit avec Jonathan Gagné et du communiqué de presse diffusé par la NASA portant sur l'article scientifique publié dans Nature, a été éditée dans un souci de clarté.